上帝的光環


在20世紀即將結束的時候,一篇理論物理學<解析時空理論>的論文引起了學術界的騷動。這篇論文提出了一種新的時空觀念並在理論上統一了相對論和量子力學。它的神奇在于用非常簡明的物理概念和數學方法實現了長期以來無數科學家渴求把量子力學和廣義相對論統一的夢想。一位俄國科學家看過解析時空理論第一章后稱它讓我們看到了上帝的光環。這個光環顯然是指廣義時空偏轉效應。

人類對宇宙和自然的基本觀念來自物理學,而物理學的基礎是時空框架。我們所有的基本物理概念包括離散、連續、漲落、波動等都是建立在一定的時空框架中的。這個新時空理論的出現不是偶然的,它的意義非常重大。

相對論和量子論的建立構成了現代物理學兩大支柱,並為其他科學分支打開了廣闊的天地。但是,作為基礎的理論物理學曾經擁有的輝煌在近幾十年中黯淡下來,物理學早已經從"搜集材料的科學"發展成為了"整理材料的科學", 過去幾十年的實驗僅僅驗証了已有的理論,並未揭示出需由新規律解釋的新現象;以至于越來越多的科學家不得不承認未來歲月不再有任何重大的新發現足以與牛頓、愛因斯坦賜給我們的那些發現相媲美;科學的任務只是補充大量的細節而已,產生枝節性結果;我們有了基本框架,只要填填漏洞就行了;越來越多科學書籍也停留在夸夸其談的水平。有人曾預言科學的沒落及非理性的複活將開始于本世紀末,我們所做的一切都不足以抑製物理學在總體上、在社會支持和社會價值上的衰退趨勢,我們無奈地看到物理學對人才的吸引力不斷減弱。物理學是一切其他科學的基礎,當我們沉浸在對科技發展帶來的社會經濟巨大利益的樂觀情緒時,一些西方學者看到了它的沒落,他們悲哀地預感物理學基本定律不斷被發現、激動人心、驚世駭俗的年代真的一去不複返了,求真、純粹和經驗的科學已經結束。

不過仍有許多科學家反對那種認為純科學已走到盡頭的觀點,他們普遍認為某些驚人的理論和發現已迫在眉睫,理論物理學更深入的發展即將蒞臨。人們期待的這種理論就是所謂的"大統一"理論,幻想某一天發現宇宙規則,從而一勞永逸地解決一切有待研究的基本理論問題。許多科學主義者也不得不用對"大統一"的期待來支撐自己的信念。這些現象表明科學對形而上學產生了從未有過的焦慮。科學家相信自然界複雜現象中必然有某種暗含的簡單規律在起作用,這些規律已經體現在量子論、相對論、自然選擇等理論之中。支配世界的行為法則肯定比現在的物理學定律更為玄妙,它有已知理論沒有的特征,具有某種不容質疑的自然主義色彩。我不敢肯定解析時空理論就是"大統一"理論,但我至少認為它向這個目標邁出了重要的一步,它的簡明性給了人們一種新的方法論啟迪。我想,如果對未知的追求走到了盡頭,還有什么能夠賦予我們存在的意義呢?終極理論會讓我們陷入解釋的無限循環之中,因此我堅信科學上不存在什么終極理論,除非人類淪落到由他們製造的機器智慧所支配的地步。

牛頓世界充滿了常識性知識,而量子場論和超弦理論都讓人摸不著頭腦。量子力學宣告關于微觀世界的知識總是不確定的,不可預測的。奇異的量子效應讓人的認知邏輯失效,量子實體具有同時出現在一個以上定點的能力更讓人難以理解。而解析時空理論用時空偏轉的概念合乎邏輯地解釋了量子效應,使量子力學神秘的原理變成了新時空理論的表象。科學原理的特征︰我們認定某種本質要么是一種猜想,要么是經驗公式、公理或定律(例如歐姆定律),它們都不允許從現有的其他公式或原理推出。新理論的誕生就是把原有理論的猜想和假設變成其導出結論的一部分並糾正原有理論的缺陷。

愛因斯坦的狹義相對論把物質運動和信息傳遞的速度限製在光速范圍內,而解析時空理論把光速看作人類觀測物質運動速度的極限。解析時空對這個問題的論述與相對論的差異在哲學上的意義是巨大的,它在物理概念和數學描述中表明了我們對客觀的觀測結果與客觀存在是有差別的。由此我們看到了這個理論涉及到了精神與物質、主觀與客觀、意識與存在的最基本哲學問題。

越來越多的人感到物理學正變得越來越難以理解,它已經超出了我們固有的用以把握世界的觀念范圍,成為少數人玩弄玄妙概念和數學游戲俱樂部,逐步在喪失大眾、商業公司和政府的關注和耐心。這不由讓我想起著名的"奧卡姆剃刀"原理︰對于給定現象的最好解釋通常是最簡單、假設最少的那個。解析時空理論的基礎是兩個基本原理︰時空面積不變和時空偏轉。它們的數學表達式非常簡單。由這兩個原理出發推導出的結論涵蓋了相對論(狹義和廣義)和量子力學的基本公式,這使得物理學基礎中已有的重大思想都是它的副產品。它輕而易舉地攻克了困擾天文學界多年的DI海格立斯雙星進動的難題,而廣義相對論導出公式的計算值與實際結果相距甚遠。這個理論還給出有待驗証的兩個預測︰0.71c(c為光速)光錐頂點和光的雙折射。一些看過這篇論文的學者不論對其學術觀點持何種看法都提不出它在"范式"上的缺陷。它所應用的數學工具幾乎可以讓一般受過普通高等教育的人看懂。真正好的理論不僅具有豐富的內涵令人回味無窮,而且蘊含著美和一種使之具有啟示力量的簡單自明品質。如果一個物理理論基本原理的數學描述一開始就讓人頭大,我們很難相信它是個好理論。遺憾的是人們似乎已經習慣于把深奧當成物理學原理的發展和突破的方向。

在科學發展的每一個層次上,我們都把一些東西當成表象,而把另一些東西當作本質來解釋它們,但當我們進入到更深一個層次中時,原來的本質變成了表象,我們用更普遍的原理當作本質。解析時空理論與超弦理論和宇宙大爆炸理論在原理上的類似之處在于它的兩個基本原理是無法直接理想驗証的。這向我們暗示著科學上的后實証主義正取代經驗實在論,在科學基本原理上用經驗驗証經驗的范式已經終結,超越我們感知的基本科學原理將在新的千年流行! 無論認識發展到何種地步總有無法解答的基本問題,因此我們需要對上帝(本文中把存在看作上帝)的意志進行假設或猜想以合乎邏輯。

雖然這個理論的廣泛承認還需要有新的實驗驗証,但是所有對相對論和量子論的實驗驗証已經說明了它的生命力,因為它們是這個新理論的特例或導出結果。作為一種新的學說,解析時空理論還處于嬰孩階段,不可避免地存在不完善之處。任何新的學說開始面對強大而又成熟的現有理論時都會顯得弱小。如果它是正確的和有生命力的,承認它只是時間問題,華人終將會以此感到驕傲無比!目前海內外的讀者們已從新奇、興奮、懷疑和不解的種種心態中開始接納了它。盡管這個理論的后續章節尚未完成,但仍有越來越多的物理和天文學者開始研究或討論它並提出了有價值的觀點和誠懇意見。

解析時空理論的意義並非僅僅是把相對論和量子論統一起來,物理學時空原理的突破意味著我們要重新審視我們認識的一切,建立新的宇宙觀和哲學。新的時空大廈的建立才剛剛開始,未來它對技術和人文領域的影響將是不可估量的,我認為它對應用技術發展的重大影響最有可能是首先在微電子學、納米技術、量子器件和量子化學方面。現在誰也說不清利用這個理論會搞出什么令人吃驚的名堂。

人們目前希望有一種新的理論對物質與能量,宇宙起源與演化,生命的起源與支配生命的法則,大腦意識的機理,系統論(包括信息論、控製論和混沌理論)與計算機技術,現代數學等注入活力。許多人對科學的信仰是︰世界(存在本身)是完全可知的系統,是由有限的普遍性規律決定的,人們可以掌握這些規律並理性地引導它們為自身利益服務。許多學者認為世界遵守某些基本物理定律。多數物理學家的科學觀至少是一元論唯物主義的,他們試圖証明世界上一切複雜的事物都不過是同一種東西的不同表現形式,眾多的解釋最后會收斂于越來越簡單的原理。科學家總是希望對我們世界的所有現象給出純粹的物理解釋,而不是形而上學的含義。物理學是我們認識世界的基礎,數學是它的工具,如果上帝不是一位數學家的話。所以物理學開始向包括社會、文化、心理和經濟等人文領域滲透,以試圖攻占神秘主義的最后領地。只要科學足夠發達,就能把神秘現象還原為平凡的事實,但是如果科學都無法解答的事情,其他方法就更解答不出來。解析時空理論也許會有助于支持這種信念,也許相反。

人文領域的不確定性與量子世界的奇異效應在物理觀上是類似的,根據解析時空理論我們有理由相信世界上一切事物都具有所謂的"波粒二象性",它是時空波函數的表象。解析時空首次成功地在理論上把客觀規律的精確重複性與統計性統一了起來,即我們生活在一個矛盾著的二象世界,對這個世界本源的觀測遵循廣義的測不準原理。我們的經驗體系有科學和社會人文兩大類,即二象性。后者表象的漲落起伏具有模糊和不確定的性質,而且遵守統計學原理。有些科學家頑固的相信基礎理論不應當是統計的,如量子力學、社會學,經濟學,進化論等,今天解析時空理論可以打消這種懷疑。用時空波函數看待這些問題也許會有令人吃驚的結論。

解析時空理論推導出的時空結構讓我們豁然開朗,原來科學家尋找的所謂"隱秩序"或"隱變量"就是時空波的另半波﹗根據解析時空理論,場(包括所謂的引力場)或物體間相互作用力其實都是時空偏轉能量差(偏轉勢能差)造成的。能量的不連續是因為時空偏轉產生的“黑洞”造成的,宇宙的演化是個更大級別的時空波,所謂“黑洞”就是局部負時空區間。我們生活在這引起的某個起伏波浪之中某個位置(暴漲宇宙模型),根據宇宙正在膨脹的事實,我們正處于這個波的上升中。將來到達我們這個半波頂后,宇宙在一種大收縮中開始自身坍塌直到一個"點"(解析時空理論消除了時空奇點﹗),然后再爆炸走完另一個半波,一直這樣循環下去。每個周期要數百億年,也許上千億年。這種說法只是解釋一個物理表達式而已,我不想更多地發揮它。也許有人會以此証明宇宙、星球和生命的輪回和轉世,可這誰也管不了,任何新的宇宙和時空理論都會被神秘主義所利用。另外,新理論也為人們的豐富想象力打開了翅膀。

解析時空理論對光錐頂點性質的論証和預測讓我們看到了超經典時空旅行希望,當時空偏轉45度時,物體的相對運動將沒有空間約束,類似實物傳真。這個問題需要某種實驗結果和進一步討論。

根據解析時空理論,當某物體相對于我們的運動速度超過0.71c時,我們觀測的該物體自身行為將打破我們的因果邏輯性。這說明我們的因果觀是有適用范圍的。科學理論的發展會讓昨日的胡言亂語變成今天的常識,某些神秘甚至迷信荒唐的東西也許會在將來得到承認,這的確讓人有些尷尬。如果科學不存在適于宇宙萬物的終極理論,它就永遠不會戰勝宗教和其他神秘主義。如果這個理論能夠讓西方思想家認為的"東方神秘主義"複興和發揚光大(有科學的解釋)也許不是什么壞事。

人們普遍認為科學是知識的經驗形態,而哲學是知識的非經驗形態。這兩張皮導致了科學很難解決人文方面的問題。我們無法找到人類共享的經驗方式,也不能用語言描述普遍的人類經驗以及超越于文化和歷史之上的東西是什么。我實在難以想象物理學理論如何解釋羊肉泡饃的味道。科學認為文學批評或哲學不能對知識本身作出任何實質性的貢獻,它們只能利用科學來豐富我們的想象力。一方面人們認為科學不能解釋所有那些變幻莫測的人類思想文化,對模糊空泛的問題無能為力,另一方面當人們又意識到科學的威力以及科學那種可以淹沒人類思想和文化多樣性的巨大潛力時,不得不對此深懷恐懼。我在[科學的威脅]一文中曾經提到了這一點,因為在當時我看到了解析時空理論對解決意識和人工智能問題所蘊含的力量。

在量子力學中,一個量子特征值的獲得純粹是測量幾率的結果。在測量作用在粒子之前,自然界不能"決定"它的自旋方向。關聯粒子的"信息"傳遞不受時空限製。解析時空理論把量子效應和我們的觀測經驗限製在時空波的上(或下)半波區間,好比我們身體的感知界面上有二極管。而我們的大腦的意識是受時空全波支配的,這就是為什么我們永遠無法意識我們的意識,而且關于我們自身的知識也很不完整。時空波的表達式揭示了我們人類認識客觀的時空缺陷,時空的另半波是天堂還是地獄我們無法知曉。人們都會吃驚地問道,這是上帝造人時的偶然失誤還是上帝賦予我們智慧的必然法則?

世界的複雜性存在于觀察者的"眼光"裡,我們的知覺系統大大簡化了物理過程的複雜性,否則人就無法生存。意識被長期排除在科學研究范圍之外,因為人們認為單憑物理學不能解釋價值觀、意義和其他主觀現象。科學界認為一度流行的量子二元論違背了能量守恆定律,它的支持者是出于哲學或宗教動機。當今越來越多的人開始相信大腦是量子過程,量子現象在意識中起著重要作用,人甚至可以改變大腦之外的量子態。對意識問題的征服是科學的終極目標。科學家們研究量子計算機試圖實現真正的人工智能,新時空理論的推論也許會讓他們豁然開朗,將來也許會幫助人類在物質世界和精神世界的鴻溝上架起一座橋梁。

涉及生物學和進化論的觀點我就不多談了。從一顆受精卵發育成複雜生命的物理過程至今還是個迷。有人認為單憑物理學就足以理解這個世界,人們仍期待著對生命過程的純物理解釋,因為物理學總試圖看到事物的最簡單方面。

我的觀點是科學本身注定了我們人類的知識永遠只能滿足于不完備的"真理",科學永遠不能達到完美或絕對真理。本文沒有涉及應用科學,因為應用科學一直傾向于對主導理論范式進行強化,而不是對它進行挑戰。

我們已經看到了上帝的光環,它能夠引導我們看清上帝的真面目嗎?它能夠讓我們領悟到上帝的精神嗎?也許我們至多能夠距上帝近一些而已,打開宇宙之門的鑰匙仍然在上帝手中。尋找永恆也許是錯誤的,但這個過程永遠激動人心!

1999.11.18

解析時空理論的網頁︰http://silong.yeah.net

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